Üç boyutlu yazıcıda üretilmiş nanokompozit polimer ankastre kirişin deneysel ve nümerik serbest titreşim analizi

Eriyik yığma modelleme yöntemi, tasarımda esneklik sağlaması ve tasarım aşamasından ilk üretime kadar geçen süreyi önemli ölçüde kısaltması nedeniyle imalatta kullanımını giderek artırmaktadır. Pek çok üretim yönteminde olduğu gibi, süreç bazı dezavantajlara sahiptir; bunlardan biri, yöntemin doğası gereği çoğunlukla anizotropinin neden olduğu mekanik özelliklerdeki zayıflıklardır. Bununla birlikte, bu zorlukların üstesinden gelmek için, örneğin filament hammaddesine nanopartiküllerin dâhil edilmesi gibi birçok yeni çalışma vardır. Araştırmacılar, bu nanopartikülleri dâhil ederek, eriyik yığma modelleme ile üretilen parçaların nispeten zayıf özelliklerini geliştirmeyi amaçlamaktadır. Ayrıca bu yöntemle üretilen parçaların kullanımı, hafif ama dayanıklı parça gerektiren Otomotiv ve Havacılık sektörlerinde de yerini almaktadır. Güvenilirliğin yanı sıra, bu endüstrilerde kullanılan parçaların önemli bir özelliği de titreşim davranışıdır, çünkü bu parçalar sıklıkla yoğun titreşime maruz kalırlar. Bir parça üzerinde dış kuvvetlerin neden olduğu titreşim, parçanın doğal frekansı ile çakışırsa, rezonans denilen ve yıkıcı etkilere neden olan bir olayın meydana geldiği bilinen bir gerçektir. Bu çalışmada, ağırlık olarak %1, %2, %3 ve %5 Kalsiyum Karbonat (CaCO3) nanopartikülleri içeren Akrilonitril Bütadien Stiren (ABS) ve %0,3, %1 ve %2 Karbon Siyahı (KS) nanopartikülleri içeren ABS olmak üzere iki tip nanokompozit ankastre kiriş eriyik yığma modelleme yöntemi ile üretilmiştir. Bu kirişler için kullanılan filamentler, malzeme ekstrüzyon yöntemiyle laboratuvarda üretilmiştir. Ankastre kirişler, nanopartikül ilavesinin doğal frekans ve sönüm oranı değerlerine ilişkin titreşim davranışı üzerindeki etkilerini belirlemek için fiziksel olarak test edilmiştir. Fiziksel testlerin yanı sıra kirişlerin doğal frekans değerleri de doğrulama için ANSYS yazılımı ile sayısal olarak hesaplanmıştır. Sonuçlar, ABS matrisindeki karbon siyahı miktarının sönümleme katsayısı değerlerinde olumlu etkiye sebep olduğunu göstermiş ve %0,3 karbon siyahı nanoparçacık içeriğinin, sönüm oranı değerinde %39.6'lık bir artış sağladığını göstermiştir. Bununla birrlikte doğal frekans değerinde çok az değişimler tespit edilmiştir. Matristeki CaCO3 içeriği, ağırlık yüzdesindeki her artış için sönümleme oranı değerlerinde küçük artışlara neden olmuştur ve maksimum artış %5 CaCO3 katkılı ankastre kirişte %11.1 olarak kaydedilmiştir. Doğal frekans değerleri açısından CaCO3 nanoparçacıklarının eklenmesinin parametre üzerinde çok sınırlı bir etkiye sahip olduğu sonucuna varılmıştır.